СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ОДНОФАЗНО-ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗ Российский патент 2006 года по МПК H02M5/27 H02K47/00 

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения в качестве стабилизированного преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Известный электромашинный преобразователь на общем роторе содержит вентильный двигатель и синхронный генератор (патент РФ №2002112142, Н 02 К 47/04, 2004 г.). Недостатками преобразователя являются низкая надежность работы и КПД.

Наиболее близким по техническому решению является однофазно-трехфазный преобразователь фаз, выполненный на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем в составе трехфазного преобразователя частоты (патент РФ №2217857, Н 02 М 5/27, 5/297, Н 02 Р 7/42, 2003 г.). Магнитная система трансформатора с вращающимся магнитным полем содержит тороидальный магнитопровод с сердечником, при этом первая и вторая первичные обмотки трансформатора расположены на тороидальном магнитопроводе и смещены в пространстве на угол 90° относительно друг друга, кроме того, их начала соединены через фазосдвигающий конденсатор, а три вторичные обмотки трансформатора размещены на сердечнике трансформатора и сдвинуты одна относительно другой на угол 120°, их начала соединены по схеме «звезда», а концы являются выводами для подключения трехфазной нагрузки. Недостатком преобразователя является то, что не обеспечивается стабилизация напряжения при возникновении дестабилизирующих факторов в нагрузке.

Техническим решением поставленной задачи является обеспечение стабилизации напряжения однофазно-трехфазного преобразователя фаз.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь содержит управляющий дроссель с рабочей обмоткой и обмоткой управления и систему стабилизации напряжения, причем начало рабочей обмотки управляющего дросселя соединено со вторым выводом источника питания переменного тока, а ее конец соединен с концом первой первичной обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем, начало которой соединено с первым выводом источника питания переменного тока, обмотка управления управляющего дросселя соединена с первым и вторым выходом системы стабилизации напряжения, входы которой соединены с выходами преобразователя, система стабилизации напряжения содержит трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, усилитель импульсов и транзистор, причем вход трансформаторно-выпрямительного блока является первым входом системы стабилизации напряжения, первый выход трансформаторно-выпрямительного блока соединен с эмиттером транзистора и с первым входом формирователя импульсов, а второй выход трансформаторно-выпрямительного блока соединен с вторым входом формирователя импульсов и первым выходом системы стабилизации напряжения, третий вход формирователя импульсов соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого является вторым входом системы стабилизации напряжения и соединен с входом преобразователя фаз, выход формирователя импульсов соединен с входом усилителя импульсов, первый выход которого соединен с эмиттером, а второй с базой транзистора, вывод коллектора транзистора является вторым выходом системы стабилизации напряжения.

Новизна технического решения заключается в том, что между источником электроэнергии и первичными обмотками трансформатора с вращающимся магнитным полем подключен управляющий дроссель и в состав преобразователя введена система стабилизации напряжения.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна аналогичная заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизирующего однофазно-трехфазного преобразователя фаз, на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы системы стабилизации напряжения.

Преобразователь фаз содержит управляющий дроссель 1 с рабочей обмоткой W_p и обмоткой управления W_y, трансформатор с вращающимся магнитным полем (ТВМП) 2, содержащий первую и вторую первичные обмотки 3 и 4 соответственно, фазосдвигающий конденсатор 5 и три вторичные обмотки 6, 7 и 8, систему стабилизации напряжения 9, содержащую трансформаторно-выпрямительный блок 10, формирователь импульсов 11, генератор пилообразного напряжения 12, усилитель импульсов 13, транзистор 14. На фиг 1 показаны выводы А, В и С для подключения нагрузки.

Стабилизирующий однофазно-трехфазный преобразователь фаз работает следующим образом.

Входное однофазное напряжение источника питания переменного тока U_BX через рабочую обмотку управляющего дросселя 1 поступает на первичные обмотки 3 и 4 ТВМП 2. При протекании тока в первичных обмотках 3, 4 и фазосдвигающем конденсаторе 5 в магнитопроводе ТВМП создается вращающееся магнитное поле, вызывающее действие переменной ЭДС во вторичных обмотках 6, 7 и 8.

Система стабилизации напряжения 9 работает следующим образом. С выхода трансформаторно-выпрямительного блока 10 сигнал напряжения постоянного тока U_ТВБ, пропорциональный величине выходного напряжения преобразователя, поступает на один из входов формирователя импульсов 11. На третий вход формирователя импульсов 11 поступает сигнал U_ГПН от генератора пилообразного напряжения 12, работа которого синхронизирована с входным напряжением источника U_BX. Когда сигнал U_ГПН>U_ТВБ1 (фиг.2, а), формирователь импульсов 11 формирует импульсы управления U_y (фиг.2, б), которые через усилитель импульсов 13 поступают на управляющие электроды транзистора 14. Транзистор 14 открывается на время длительности управляющих импульсов. Угол управления транзистором α₁ (фиг.2, б) соответствует номинальному режиму работы системы стабилизации напряжения.

При возникновении дестабилизирующих факторов в нагрузке преобразователя фаз система стабилизации напряжения 9 изменяет время открытого состояния транзистора 14 таким образом, что выходное напряжение преобразователя фаз остается неизменным. К примеру, если напряжение на выходе преобразователя фаз уменьшится, то уменьшится напряжение на выходе трансформаторно-выпрямительного блока 10 (U_ТВБ2<u_ТВБ1, фиг.2, в), уменьшится угол управления транзистором до величины, равной α₂ (фиг.2, г). Тогда увеличится время открытого состояния транзистора 14, что приведет к увеличению тока в обмотке управления W_y управляющего дросселя 1 (фиг.1) и уменьшению сопротивления рабочей обмотки W_p и, соответственно, уменьшению падения напряжения на этой обмотке. Поскольку рабочая обмотка W_p управляющего дросселя 1 включена последовательно с первичными обмотками ТВМП 2, то это приведет к увеличению напряжения на первичных обмотках трансформатора, а значит, увеличится напряжение на выходе преобразователя.

Использование управляющего дросселя, рабочая обмотка которого включена последовательно с первичными обмотками ТВМП, и системы стабилизации напряжения выгодно отличает предлагаемый преобразователь от известного, так как обеспечивается стабилизация на выходе преобразователя.

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения в качестве стабилизированного преобразователя однофазного напряжения в трехфазное. Технический результат заключается в обеспечении стабилизации напряжения однофазно-трехфазного преобразователя фаз. Для этого преобразователь фаз содержит трансформатор с вращающимся магнитным полем, магнитная система которого содержит тороидальный магнитопровод с сердечником, также фазосдвигающий конденсатор, управляющий дроссель с рабочей обмоткой и обмоткой управления и систему стабилизации напряжения. 2 ил.

Однофазно-трехфазный преобразователь фаз, выполненный на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем, магнитная система которого содержит тороидальный магнитопровод с сердечником, при этом первая и вторая первичные обмотки трансформатора расположены на тороидальном магнитопроводе и смещены в пронстранстве на угол 90° относительно друг друга, и их начала соединены через фазосдвигающий конденсатор, а три вторичные обмотки трансформатора размещены на сердечнике трансформатора и сдвинуты одна относительно другой на угол 120°, их начала соединены по схеме «звезда», а концы являются выводами для подключения трехфазной нагрузки, отличающийся тем, что преобразователь фаз содержит управляющий дроссель с рабочей обмоткой и обмоткой управления и систему стабилизации напряжения, причем начало рабочей обмотки управляющего дросселя соединено со вторым выводом источника питания переменного тока, а ее конец соединен с концом первой и второй первичных обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем, начало первой первичной обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем соединено с первым выводом источника питания переменного тока, обмотка управления управляющего дросселя соединена с первым и вторым выходом системы стабилизации напряжения, система стабилизации напряжения содержит трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, усилитель импульсов и транзистор, причем вход трансформаторно-выпрямительного блока является первым входом системы стабилизации напряжения и соединен с выходом преобразователя фаз, первый выход трансформаторно-выпрямительного блока соединен с эмиттером транзистора и с первым входом формирователя импульсов, а второй выход трансформаторно-выпрямительного блока соединен с вторым входом формирователя импульсов и первым выходом системы стабилизации напряжения, третий вход формирователя импульсов соединен с выходом генератора пилообразного напряжения вход которого является вторым входом системы стабилизации напряжения и соединен с входом преобразователя фаз, выход формирователя импульсов соединен с входом усилителя импульсов, первый выход которого соединен с эмиттером, а второй с базой транзистора, вывод коллектора транзистора является вторым выходом системы стабилизации напряжения.